智能交通系统IC卡的设计.doc

哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 1 摘摘 要要 随着经济的发展，城市化、汽车化的加快，要求采用现代化的管理方法来 实现交通管理，这样就引起了对智能交通系统（its）的研究。its 将先进的电 子技术、信息技术(it)、人工智能(ai)、地理信息(gis)、计算机技术、通信、 传感器技术和系统工程技术集成运用于地面运输的实际需求，建立起全方位、 实时、准确、高效的地面运输系统。its 能够改善混乱的交通状况，减少拥堵， 提高运输效率，并提高交通的安全性。在整个 its 系统中，车辆流量检测系统 有着很重要的地位。其中，视频检测方法比检测线圈、电视监控、微波检测方 法更优越更灵活，并且结合了数字图像处理技术，得到越来越广泛的重视和运 用。 本论文详细讨论了数字图像处理技术在智能交通中的研究与应用，包括对 车 辆的检测、车辆流量统计子系统、红绿灯的优化控制子系统，其中车辆的检测 是 its 的核心部分，是 its 的基础。同时也具体介绍了系统得硬件和软件组成， 并且对系统以后的改进也作了一些讨论。 关键词：智能交通系统，智能交通 ic 卡收费系统的研究背景及发展方向, 短程无线通信技术的组成及其特点,差错控制系统和软件系统组成及工作流程。 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 2 abstract modern management methods are needed to administer traffic on account of the economical development and the speedup of urbanization and motorization, which begets the research on intelligent transportation system-its. with advanced teletronical technology, information technology, artificial intelligence, geographic information system, computer processing, communication, sensor technology and system project technology, its establishs transportation system on all orientation, real-time acoup sur and efficaciously, which develop disorder traffic, reduce traffic jam,impove transportation efficacious and safety. real-time traffic flow plays an very important role in its.currently, magnetic loop detectors are often used to count vehicles passing over them.vision-based video monitoring systems offer larger set of traffic parameters such as vehicle flow, lane changes, etc., can be measured.cameras are much less disruptive to install than loop detectorsassociative digital image processing technology,vision-based video monitioring systems are attached importance and applied. in this paper, an digital image technology used for its is discussed in details,including vehicle measeurement, vehicle flow statistic subsystem, lamp control subsystem and taking image subsystem violating the regulations. thereinto, vehicle measurement is core and base of its. the hardware buildup and software buildup are also presented.in addition，we disscuss the future betterment. keywords: intelligent transportation system, intelligent transportation ic card charge system research background and development direction ,short-range wireless communication technology and the characteristics of the composition ,error control system and the software system structure and the working process. 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 3 目 录 第第 1 章章 概述概述.1 1.1 交通现状及系统可行性分析1 1.2 智能交通系统的概念2 1.3 智能交通系统产生及其背景2 第第 2 章章 智能交通智能交通 ic 卡收费系统的研究背景及其功能描述卡收费系统的研究背景及其功能描述.3 2.1 系统背景及其需求3 2.2 系统功能描述3 第第 3 章章 系统功能设计系统功能设计.6 3.1 发卡系统功能设计6 3.2 交通 mis 功能设计（含 pos 机）6 第第 4 章章 系统功能详细描述系统功能详细描述.6 4.1 发卡子系统5 4.2 秩序子系统5 4.3 宣教子系统.5 第第 5 章章 短程无线通讯的组成与特点短程无线通讯的组成与特点.6 5.1 蓝牙技术4 5.2 wi-fi技术5 5.3 irda 技术5 5.4 nfc 技术.5 5.5 zigbee技术.4 5.6 uwb 技术5 第第 6 章章 差错控制系统和软件系统的组成及控制流程差错控制系统和软件系统的组成及控制流程.6 6.1 差错系统的组成及其工作原理6 6.2 差错的分类及应付传输差错的办法6 6.3 本章小结7 结结 论论.8 参考文献参考文献.9 致致 谢谢 1010 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 4 第 1 章 概述 目前，我国绝大多数的城市（地区） ，对机动车驾驶员数量的急剧膨胀，道 路交通情况的复杂化，车辆性能、类型的更新发展，实际上传统的管理方法已 经不能满足管理工作的需要。 这主要体现在以下方面： 违章、事故的记录数据量庞大，而且实时性、随机性大，因而无法迅速 完整的记录在案。各区、县中队的数据汇总统计与分析工作量庞大，以手工方 法根本无法满足交通管理工作的现代化、高效率的要求。 处罚的效率偏低，随着时代节奏的加快，驾驶员的时间观念越来越强。 对违章及事故的处理，要求高效率、高速度，而传统的方法已不能满足这一日 益增长的需求。 对驾驶员的档案、违章、事故等数据的管理媒介多数采用纸张表格的传 统方式。耗时费力，而且统计汇总工作量非常之大。 出错率高，人工干预的成份太大，给徇私舞弊者等不良风气造成了可乘 之机。 缺乏科学的数据依据，因而无法为城市的交通设施和有效管理方法和实 施提供有力的决策支持。 难于实现多功能综合性管理工作。 1.1 可行性分析 1.1.1 社会基础 该系统的建立，是一项社会系统工程，它不仅是提高交通管理水平的一项 重大举措，同时也对提高驾驶员整体素质极其遵纪守法的意识也具有十分重要 的意义。该系统的投入运行不仅涉及交通管理部门和每位驾驶员，同时社会上 的每位市民也必然十分关注此项目的开展，因此该项目的运行需要整个社会对 其认可。 对此，我们对广大的驾驶员进行了广泛的调查，由于系统的基本载体 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 5 为 ic 卡，具有较大的存储空间，每位驾驶员驾车时都必须携带此卡，也即每位 驾驶员的行驶档案随身携带。因此可直接持卡接收处罚并且保证处罚公正、迅 速、准确。节省了驾驶员接收处理的时间，深受驾驶员欢迎。 由于该项目的运行，使得驾驶员十分注意遵守交通规则，这样从整体上讲， 使得整个城市的交通秩序井然有序。这也和每位公民的切身利益息息相关。因 此必将得到社会的普遍赞同。 系统投入运行后，从事交通管理的干警可以从繁琐的事务性工作中解脱出 来。它们利用利用世界上先进的设备、工具进行业务处理，手续简捷方便。在 处理违章事故时，值勤交警无须用大量的精力去记忆相应的法规及条例，而仅 仅只是在手持式违章处理器上敲几个按键，违章处理器便会执行根据国家和地 方有关法规及条例而由公安交通部门编制的软件程序，实现现场自动记录和处 理，整个过程快速、简便，同时又避免了值勤交警与驾驶员之间发生直接冲突 的可能性，这极大的方便了干警值勤、执法。充分体现了先进的科学技术的优 越性。因此该项目必将会得到广大干警的欢迎。 1.1.2 技术分析 该项目采用了 ic 卡技术、计算机网络技术、计算机通讯技术、数据库技术。 这些技术发展至今已经是成熟的应用科学。如计算机网络、通讯、数据库原理 等已在全国各行业得以广泛应用，具有普遍的基础。而且，各省交通管理部门 的一些业务有许多已使用了上述技术手段，并取得了一定成绩。 ic 卡是由一块集成电路芯片（ic 卡）微缩封装在 pvc 卡片上，它虽然是近 几年来出现的新型科技成果。但就其本身的应用技术来说，仍属于计算机数据 处理的范畴，其数据读写操作简便，且保密性能强。 就系统中涉及的技术来讲，不存在不可愈越的难点。关键在于如何使之与 交通管理的业务相结合，形成一个完善、可靠的人-机系统。 1.1.3 投资分析 此项目就投资来讲，应该说是一个比较大的投资项目，要一次性调拨如此 庞大的资金支持此系统，就目前我国的资金现状来说比较困难。因为此项目在 投入运行之前要组织一些国外设备的进口，还有一部分设备及大量 ic 卡要进行 组织生产，而且还需投资入大量的工程技术人员进行软件开发、系统调试、人 员培训。系统的运行和维护也需要一定资金做保证。针对这种情况，实施该项 目我们可以多途径的吸收资金，尽量利用合作的形式，引进外来资金，首先保 证在短时间内使系统投入使用，然后通过发行卡片回收资金的办法，来解决整 个工程的资金问 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 6 的经济效益，以便将来更好的造福于人民，造福于社会。 基于上述分析，我们参照一些发达国家的经验，针对我国驾驶员管理的现 状及部分法规、文件进行了认真的分析，涉及了机动车驾驶员 ic 卡管理系统 ，该系统以 ic 卡为基本流动数据载体和基本信息单元，采用 先进的计算机网 络技术、通讯技术、数据库技术、ic 卡技术，使得对驾驶员的管理形成了一个 完整的动态实时的人机系统，它必将对交通管理工作的现代化起到极大的推动 作用。 1.2 智能交通系统的概念 intelligent transportation systems，its 智能交通系统的前身是智能车辆 道路系统（intelligent vehicle highway system,ivhs）智能交通系统将先进的信 息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、电子控制技术以及计算机处理技 术等有效地集成运用于整个交通运输管理体系，而建立起的一种在大范围内、 全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合运输和管理系统。 1.2.1 智能交通系统产生及其背景 随着经济全球化与科学技术日新月异的发展，交通运输作为社会经济生活 的一个重要方面，对保证社会经济体系的正常运转发挥着重要的作用，已经成 为人们生活中不可缺少的重要组成部分。近20年来，世界各国先后建立四通八 达的交通运输网络，但交通工具的增长速度远远高于道路和其他交通设施的增 长，因此随之引起交通拥堵、交通事故、环境污染、能源短缺等问题已经成为 世界各国面临的共同的问题，也造成了巨大的物质与经济损失。如美国德州运 输研究所研究美国39个主要城市，估算美国每年因交通阻塞而造成的经济损失 约为410亿美元，12个最大城市每年的损失均超过10亿美元；预测到2020年，因 事故造成的经济损失每年将超过1500亿美元。但单纯依靠修建道路与交通设施 和采用传统的管理方式来解决交通问题，不仅成本昂贵、环境污染严重，而且 其缓解交通拥堵、提高交通运输效果也非常有限。为此在30多年前人们就提出 了智能交通系统的概念，但对智能交通系统或智能运输系统（intelligent transportationsystems,its）进行系统的研究始于20世纪80年代，从1994年起， 智能交通系统这一术语得到全世界的广泛承认。its 是将驾驶员、交通工具和 道路、环境三位一体来考虑。广义上 its 应包括交通系统的规划、设计、实施 与运营管理的智能化；而狭义上 its 则主要是指交通运输管理和组织的智能化。 其实质就是采用现代高新技术对传统的交通运输系统进行改造而形成一种新型 现代交通系统。也就是说，its 就是将先进的信息技术、传感技术、数据通信 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 7 技术、自动控制技术、运筹学、图像分析技术、计算机网络以及人工智能等有 效地综合运用于整个交通管理系统。在系统工程综合集成的总体思路指导下， 建立起一种在大范围内全方位发挥作用的实时、准确、高效的运输综合体系1 23。its 智能化的特征体现在：原理上是基于知识体系；系统功能上应至 少具有判断能力、推理能力和学习能力、并应有辅助决策的作用；结构上应由 机器感知、机器学习、机器识别及知识库等部分组成。当然，its 并不意味着 交通系统完全智能化。在组织或控制交通系统时，只是希望系统运行秩序化， 即尽可能达到高度组织化的程度，利用计算机和其他设备部分地替代交通主体 人，完成部分预测、处理和决策，在交通系统管理中更重要的还是人参与。 its 的发展将推动运输进入信息时代，是21世纪现代交通运输系统的发展方向。 只有将“人和物的运载和运输”和“信息的运载和运输”融为一体，充分利用 信息技术的最新成果，挖掘信息资源的最大潜力，才能大幅度提高运输效率和 服务质量，满足日益增长的社会需求。 1.2.1.1智能交通系统的发展 早在20世纪60年代，美国就开始进行智能交通系统的先驱性研究，即电子 路径诱导系统研究（electronic route guidance system,ergs） 。80年代中期加利 福尼亚交通部门研究的 pathfinder 系统获得成功，加速了智能交通系统的 发展。此后，美国进行“智能化车辆道路系统”（intelligent vehicle- highwaysystem,ivhs）方面的研究；1990年美国运输部成立了智能化车辆道路 系统组织；1991年美国国会通过了“综合地面运输效率法案”，发展经济上有效、 环境上友好的国家级综合地面运输系统，以提高客运和货运的运输效率。1992 年，由美国运输部、联邦顾问委员会和全国智能交通协会联合制定了“智能交通 系统”发展战略计划；1993年，美国 dot（运输部）正式启动了 its 体系框架 开发计划，目的是要开发一个经过详细规划的国家 its 体系框架。1994年 ivhs 更名为 its america(intelligent transportation society of america)。 欧洲 its 的发展早在1969年，欧共体委员会就提出要在其成员国之间开展与交 通控制相关的电子技术研究与开发工作。1985年，在法国的积极倡导和推动下， 欧洲开始了一项名为“由里卡”（eureka）的高新科技研究与开发计划，制定了 包括交通技术在内的九大重点研究领域，包括以车辆的研究开发为主体的 prometheus 研究计划和以道路基础设施开发为主体的 drive 研究计划。 “由 里卡”最初在交通领域共设置了46个项目，旨在开发新型交通系统，改造陈旧的 交通设施、减少交通环境污染并提高交通运输安全。1986年，以奔驰为主的欧 洲11家汽车公司进行了民间主导的 prometheus（programme for european traffic with highest efficiency and unprecedented safety）研究计划，确定了四个 基础研究领域和三个应用研究领域。prometheus 计划取得了巨大的成功并 于 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 8 1994结束。随后在1995年，欧洲又开始一项新的研究计划 promote（programme for mobility in transportation in europe） ，该计划的主要 目的是实现道路交通管理系统和安全系统。同时，欧洲还实施了以欧盟各个成 员国政府为主导的 drive（dedicated road infrastructure for vehicle safety in europe）研究计 划，其目标是通过对道路交通与环境相互关系的研究，提高道路交通的安全性 和运输效率。 在日本，1973年，以通产省为主开发的“汽车综合（交通）控制系统” （cacs:comprehensive automobile(traffic)control system）被认为是日本最早的 its 项目，当时在世界上处于领先地位；从1984年开始，建设省主持开发了“路 车间通信系统”（racs:road/automobile communication system）;从1987年开 始， 日本警察厅支持开发“先进的车辆交通信息与通信系统” （amtics:advancedmobile traffic information或着眼于功能的扩充性;或符合 某些单一应用的特别要求;或建立竞争技术的差异化等。但是没有一种技术可以 完美到足以满足所有的需求。 5.1 蓝牙技术 bluetooth)技术是近几年出现的，广受业界关注的近距无线连接技术。它是 一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，它以低成本的短距离无线连接为 基础，可为固定的或移动的终端设备提供廉价的接入服务。 蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，其实质内容是为固定 设备或移动设备之间的通信环境建立通用的近距无线接口，将通信技术与计算 机技术进一步结合起来，使各种设备在没有电线或电缆相互连接的情况下，能 在近距离范围内实现相互通信或操作。其传输频段为全球公众通用的 2.4ghz ism 频段，提供 1mbps 的传输速率和 10m 的传输距离。 蓝牙技术诞生于 1994 年，ericsson 当时决定开发一种低功耗、低成本的无 线接口，以建立手机及其附件间的通信。该技术还陆续获得 pc 行业业界巨头 的支持。1998 年，蓝牙技术协议由 ericsson、ibm、intel、nokia、toshiba 等 5 家公司达成一致。 蓝牙协议的标准版本为 802.15.1，由蓝牙小组(sig)负责开发。802.15.1 的 最初标准基于蓝牙 1.1 实现，后者已构建到现行很多蓝牙设备中。新版 802.15.1a 基本等同于蓝牙 1.2 标准，具备一定的 qos 特性，并完整保持后向兼 容性。 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 24 但蓝牙技术遭遇了最大的障碍是过于昂贵。突出表现在芯片大小和价格难 以下调、抗干扰能力不强、传输距离太短、信息安全问题等等。这就使得许多 用户不愿意花大价钱来购买这种无线设备。因此，业内专家认为，蓝牙的市场 前景取决于蓝牙价格和基于蓝牙的应用是否能达到一定的规模。 5.2 wi-fi 技术 wi-fi(wireless fidelity,无线高保真)也是一种无线通信协议，正式名称是 ieee802.11b，与蓝牙一样，同属于短距离无线通信技术。wi-fi 速率最高可达 11mb/s。虽然在数据安全性方面比蓝牙技术要差一些，但在电波的覆盖范围方 面却略胜一筹，可达 100 m 左右。 wi-fi 是以太网的一种无线扩展，理论上只要用户位于一个接入点四周的 一定区域内，就能以最高约 11mb/s 的速度接入 web。但实际上，如果有多个 用户同时通过一个点接入，带宽被多个用户分享，wi-fi 的连接速度一般将只 有几百 kb/s 的信号不受墙壁阻隔，但在建筑物内的有效传输距离小于户外。 wlan 未来最具潜力的应用将主要在 soho、家庭无线网络以及不便安装 电缆的建筑物或场所。目前这一技术的用户主要来自机场、酒店、商场等公共 热点场所。wi-fi 技术可将 wi-fi 与基于 xml 或 java 的 web 服务融合起来， 可以大幅度减少企业的成本。例如企业选择在每一层楼或每一个部门配备 802.11b 的接入点，而不是采用电缆线把整幢建筑物连接起来。这样一来，可以 节省大量铺设电缆所需花费的资金。 最初的 ieee802.11 规范是在 1997 年提出的，称为 802.11b，主要目的是提 供 wlan 接入，也是目前 wlan 的主要技术标准，它的工作频率也是 2.4ghz，与无绳电话、蓝牙等许多不需频率使用许可证的无线设备共享同一频 段。随着 wi-fi 协议新版本如 802.11a 和 802.11g 的先后推出，wi-fi 的应用将 越来越广泛。速度更快的 802.11g 使用与 802.11b 相同的正交频分多路复用调制 技术。它工作在 2.4ghz 频段，速率达 54mb/s。根据最近国际消费电子产品的 发展趋势判断，802.11g 将有可能被大多数无线网络产品制造商选择作为产品标 准。 微软推出的桌面操作系统 windowsxp 和嵌入式操作系统 windowsce，都 包含了对 wi-fi 的支持。其中，windowsce 同时还包含对 wi-fi 的竞争对手蓝 牙等其它无线通信技术的支持。由于投资 802.11b 的费用降低，许多厂商介入 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 25 这一领域。intel 推出了集成 wlan 技术的笔记本电脑芯片组，不用外接无线网 卡，就可实现无线上网。 5.3 irda 技术 红外线数据协会 irda(infrared data association)成立于 1993 年。起初，采 用 irda 标准的无线设备仅能在 1m 范围内以 115.2 kb/s 速率传输数据，很快发 展到 4mb/s 以及 16mb /s 的速率。 irda 是一种利用红外线进行点对点通信的技术，是第一个实现无线个人局 域网(pan)的技术。目前它的软硬件技术都很成熟，在小型移动设备，如 pda、 手机上广泛使用。事实上，当今每一个出厂的 pda 及许多手机、笔记本电脑、 打印机等产品都支持 irda。 irda 的主要优点是无需申请频率的使用权，因而红外通信成本低廉。并且 还具有移动通信所需的体积小、功耗低、连接方便、简单易用的特点。此外， 红外线发射角度较小，传输上安全性高。 irda 的不足在于它是一种视距传输，两个相互通信的设备之间必须对准，中间 不能被其它物体阻隔，因而该技术只能用于 2 台(非多台)设备之间的连接。而 蓝牙就没有此限制，且不受墙壁的阻隔。irda 目前的研究方向是如何解决视距 传输问题及提高数据传输率。 5.4 nfc 技术 nfc(near field communication，近距离无线传输)是由 philips、nokia 和 sony 主推的一种类似于 rfid(非接触式射频识别)的短距离无线通信技术标准。 和 rfid 不同，nfc 采用了双向的识别和连接。在 20cm 距离内工作于 13.56mhz 频率范围。 nfc 最初仅仅是遥控识别和网络技术的合并，但现在已发展成无线连接技 术。它能快速自动地建立无线网络，为蜂窝设备、蓝牙设备、wi-fi 设备提供 一个“虚拟连接”，使电子设备可以在短距离范围进行通讯。nfc 的短距离交互 大大简化了整个认证识别过程，使电子设备间互相访问更直接、更安全和更清 楚，不用再听到各种电子杂音。 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 26 nfc 通过在单一设备上组合所有的身份识别应用和服务，帮助解决记忆多 个密码的麻烦，同时也保证了数据的安全保护。有了 nfc，多个设备如数码相 机、pda、机顶盒、电脑、手机等之间的无线互连，彼此交换数据或服务都将 有可能实现。 此外 nfc 还可以将其它类型无线通讯(如 wi-fi 和蓝牙)“加速”，实现更快 和更远距离的数据传输。每个电子设备都有自己的专用应用菜单，而 nfc 可 以创建快速安全的连接，而无需在众多接口的菜单中进行选择。与知名的蓝牙 等短距离无线通讯标准不同的是，nfc 的作用距离进一步缩短且不像蓝牙那样 需要有对应的加密设备。 同样，构建 wi-fi 家族无线网络需要多台具有无线网卡的电脑、打印机和 其它设备。除此之外，还得有一定技术的专业人员才能胜任这一工作。而 nfc 被置入接入点之后，只要将其中两个靠近就可以实现交流，比配置 wi-fi 连结 容易得多。 nfc 有三种应用类型： 设备连接。除了无线局域网，nfc 也可以简化蓝牙连接。比如，手提电脑 用户如果想在机场上网，他只需要走近一个 wi-fi 热点即可实现。 实时预定。比如，海报或展览信息背后贴有特定芯片，利用含 nfc 协议的 手机或 pda，便能取得详细信息，或是立即联机使用信用卡进行票卷购买。而 且，这些芯片无需独立的能源。 移动商务。飞利浦 mifare 技术支持了世界上几个大型交通系统及在银行业 为客户提供 visa 卡等各种服务。索尼的 felica 非接触智能卡技术产品在中国香 港及深圳、新加坡、日本的市场占有率非常高，主要应用在交通及金融机构。 总而言之，这项新技术正在改写无线网络连接的游戏规则，但 nfc 的目标 并非是完全取代蓝牙、wi-fi 等其他无线技术，而是在不同的场合、不同的领 域起到相互补充的作用。所以如今后来居上的 nfc 发展态势相当迅速! 5.5 zigbee 技术 zigbee 主要应用在短距离范围之内并且数据传输速率不高的各种电子设备 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 27 之间。zigbee 名字来源于蜂群使用的赖以生存和发展的通信方式，蜜蜂通过跳 zigzag 形状的舞蹈来分享新发现的食物源的位置、距离和方向等信息。 zigbee 联盟成立于 2001 年 8 月。2002 年下半年， invensys、mitsubishi、motorola 以及 philips 半导体公司四大巨头共同宣布加盟 zigbee 联盟，以研发名为 zigbee 的下一代无线通信标准。到目前为止，该联 盟大约已有 27 家成员企业。所有这些公司都参加了负责开发 zigbee 物理和媒 体控制层技术标准的 ieee 802.15.4 工作组。 zigbee 联盟负责制定网络层以上协议。目前，标准制订工作已完成。 zigbee 协议比蓝牙、高速率个人区域网或 802.11x 无线局域网更简单实用。 zigbee 可以说是蓝牙的同族兄弟，它使用 2.4 ghz 波段，采用跳频技术。与蓝 牙相比，zigbee 更简单、速率更慢、功率及费用也更低。它的基本速率是 250kb/s，当降低到 28kb/s 时，传输范围可扩大到 134m，并获得更高的可靠性。 另外，它可与 254 个节点联网。可以比蓝牙更好地支持游戏、消费电子、仪器 和家庭自动化应用。人们期望能在工业监控、传感器网络、家庭监控、安全系 统和玩具等领域拓展 zigbee 的应用。 zigbee 技术特点主要包括以下几个部分： 数据传输速率低。只有 10kb/s250kb/s，专注于低传输应用。 功耗低。在低耗电待机模式下，两节普通 5 号干电池可使用 6 个月以上。这也 是 zigbee 的支持者所一直引以为豪的独特优势。 成本低。因为 zigbee 数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本; 积极投入 zigbee 开发的 motorola 以及 philips，均已在 2003 年正式推出芯片， 飞利浦预估，应用于主机端的芯片成本和其它终端产品的成本比蓝牙更具价格 竞争力。 网络容量大。每个 zigbee 网络最多可支持 255 个设备，也就是说每个 zigbee 设备可以与另外 254 台设备相连接。 有效范围小。有效覆盖范围 1075m 之间，具体依据实际发射功率的大小 和各种不同的应用模式而定，基本上能够覆盖普通的家庭或办公室环境。 工作频段灵活。使用的频段分别为 2.4ghz、868mhz(欧洲)及 915mhz(美 国)，均为免执照频段。 根据 zigbee 联盟目前的设想，zigbee 的目标市场主要有 pc 外设(鼠标、 键盘、游戏操控杆)、消费类电子设备(tv、vcr、cd、 vcd、dvd 等设备上 的遥控装置)、家庭内智能控制(照明、煤气计量控制及报警等)、玩具(电子宠物) 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 28 、医护(监视器和传感器)、工控(监视器、传感器和自动控制设备)等非常广阔的 领域。 5.6 uwb 技术技术 超宽带技术 uwb(ultra wideband)是一种无线载波通信技术，它不采用正 弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围 很宽。 uwb 可在非常宽的带宽上传输信号，美国 fcc 对 uwb 的规定为： 在 3.110.6ghz 频段中占用 500mhz 以上的带宽。由于 uwb 可以利用低功耗、 低复杂度发射/接收机实现高速数据传输，在近年来得到了迅速发展。它在非常 宽的频谱范围内采用低功率脉冲传送数据而不会对常规窄带无线通信系统造成 大的干扰，并可充分利用频谱资源。基于 uwb 技术而构建的高速率数据收发 机有着广泛的用途。 uwb 技术具有系统复杂度低，发射信号功率谱密度低， 对信道衰落不敏感，低截获能力，定位精度高等优点，尤其适用于室内等密集 多径场所的高速无线接入，非常适于建立一个高效的无线局域网或无线个域网 (wpan)。 uwb 主要应用在小范围、高分辨率、能够穿透墙壁、地面和身体的雷达和 图像系统中。除此之外，这种新技术适用于对速率要求非常高(大于 100 mb/s) 的 lans 或 pans。 uwb 最具特色的应用将是视频消费娱乐方面的无线个人局域网(pans)。 现有的无线通信方式，802.11b 和蓝牙的速率太慢，不适合传输视频数据;54 mb/s 速率的 802.11a 标准可以处理视频数据，但费用昂贵。而 uwb 有可能在 10 m 范围内，支持高达 110 mb/s 的数据传输率，不需要压缩数据，可以快速、 简单、经济地完成视频数据处理。 具有一定相容性和高速、低成本、低功耗的优点使得 uwb 较适合家庭无 线消费市场的需求：uwb 尤其适合近距离内高速传送大量多媒体数据以及可以 穿透障碍物的突出优点，让很多商业公司将其看作是一种很有前途的无线通信 技术，应用于诸如将视频信号从机顶盒无线传送到数字电视等家庭场合。当然， uwb 未来的前途还要取决于各种无线方案的技术发展、成本、用户使用习惯和 市场成熟度等多方面的因素。 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 29 5.7 小结 无论你看到的或正在使用的通讯方式是什么，虽然每一种无线技术将遇到它们 自身的特殊任务，并且人们在各个地方使用不同的技术，但是它们将有可能配 合工作。对于企业来说，绕过主要的无线通信运营商可以节约可观的成本。从 长远来看，企业应密切关注各种无线通信技术的发展，选择最适合自己需要的 一种标准。 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 30 第第 6 6 章章 差错控制系统和软件系统组成及工作流程差错控制系统和软件系统组成及工作流程 6.16.1 差错控制系统的组成及其作用原理差错控制系统的组成及其作用原理 差错控制系统的组成及其作用原理如图。 图 6-1 差错控制 图中虚线内的部分就是数字通信中的差错控制系统。当没有差错控制时， 信源输出的数字（也称符号或码元）序列将直接送住 信道。由于信道中存 在干扰，信道的输出将发生差错。数字在传输中发生差错的概率（误码率） 是传输准确性的一个主要指标。在数字通信中信道给定以后，如果误码率不 能满足要求,就要采取差错控制。按具体实现方法的不同 ,差错控制可以分 为前向纠错法、反馈重传法和混合法三种类型。 差错控制 前向纠错法 差错控制系统只包含信道编码器和译码器。从信源输出的 数字序列在信道编码器中被编码 (见信道编码),然后送往信道。由于信道编 码器使用的是纠错码，译码器可以纠正传输中带来的大部分差错而使信宿得 到比较正确的序列。 反馈重传法 只利用检错码以发现传输中带来的差错，同时在发现差错 以后通过反向信道通知发信端重新传输相应的一组数字，以此来提高传输的 准确性。根据重传控制方法的不同，反馈重传法还可以分成若干种实现方式。 其中最简单的一种称为等待重传方式。采用这种方式时发信端每送出一组数 字就停下来等待收信端的回答。这时信道译码器如未发现差错便通过收信端 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 31 重传控制器和反向信道向发信端发出表示正确的回答。发信端收到后通过发 信端重传控制器控制信源传输下一组数字，否则信源会重新传输原先那组数 字。 上述两种方法的主要差别是： 前向纠错不需要反向信道，而反馈重传 必须有反向信道。 前向纠错利用纠错码，而反馈重传利用检错码。一般来 讲，纠错码的实现比较复杂，可纠正的差错少，而检错码的实现比较容易， 可发现的差错也多。 前向纠错带来的消息延迟是固定的，传输消息的速率 也是固定的，而反馈重传中的消息延迟和消息的传输速率都会随重传频度的 变化而变化。 前向纠错不要求对信源控制，而反馈重传要求信源可控。 经前向纠错的被传消息的准确性仍然会随着信道干扰的变化而发生很大变 化，而经反馈重传的被传消息的准确性比较稳定，一般不随干扰的变化而变 化。因此，两者的适用场合很不相同。 混合法 在信道干扰较大时，单用反馈重传会因不断重传而使消息的传 输速率下降过多，而仅用前向纠错又不能保证足够的准确性，这时两者兼用 比较有利，这就是混合法。此法所用的信道编码是一种既能纠正部分差错又 能发现大部分差错的码。信道译码器首先纠正那些可以纠正的差错，只对那 些不能纠正但能发现的差错才要求重传，这会大大降低重传的次数。同时， 由于码的检错能力很强，最后得到的数字消息的准确性是比较高的。 差错控制已经成功地应用于 卫星通信和数据通信。在卫星通信中一般 用卷积码或级连码进行前向纠错，而在数据通信中一般用 分组码进行反馈 重传。此外，差错控制技术也广泛应用于计算机，其具体实现方法大致有两 种：利用纠错码由硬件自动纠正产生的差错； 利用检错码在发现差错 后通过指令的重复执行或程序的部分返回以消除差错。 6.1.1 差错分类 通信过程中的 差错大致可分为两类：一类是由热噪声引起的随机错误 ;另 一类是由冲突噪声引起的突发错误。突发性错误影晌局部，而随机性错误影 响全局。 6.1.2 应付传输差错的办法 肯定应答。接收器对收到的帧校验无误后送回肯定应答信号 ack，发送器收到肯定应答信号后可继续发送后续帧。 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 32 否定应答重发。接收器收到一个帧后经较验发现错误，则送回一个否 定应答信号 nak。发送器必须重新发送出错帧。 超时重发。发送器发送一个帧时就开始计时。在一定时间间隔内没有 收到关于该帧的应答信号，则认为该帧丢失并重新发送。 自动请示重发 arq 和前向纠错 fec 是进行差错控制的两种方法。 在